વેલ્ડિંગ તકનીકના મૂળભૂત તત્વો
વેલ્ડિંગ એ સમાન અથવા સમકક્ષ સંયોજન ધરાવતા ધાતુઓનું તાપના પ્રભાવ હેઠળ, સમાન અથવા સમકક્ષ ધાતુ ઉમેર્યા સાથે અથવા વિના, જોડાણ છે. વેલ્ડિંગ દ્વારા ભાગો એકબીજા સાથે અવિભાજ્ય રીતે જોડાય છે જેથી એક સંકલિત એકમ બને છે. સારા વેલ્ડિંગ માટે આંતરિક જોડાણ જરૂરી છે, જે ત્યારે જ પ્રાપ્ત થાય છે જ્યારે વેલ્ડિંગની જગ્યાએ મૂળ સામગ્રી પણ પીગળે (વેલ્ડ ઝોન).
આર્ક વેલ્ડિંગ
સ્ટીલ રચનાઓ માટે પ્રથમ પસંદગી તરીકે આર્ક વેલ્ડિંગ આવે છે, જેમાં જરૂરી ઉષ્મા વિદ્યુત જ્વાળા-આર્ક દ્વારા મળે છે. જ્વાળા-આર્ક મૂળ ભાગ અને કહેવાતી ઇલેક્ટ્રોડ વચ્ચે સર્જાય છે, જે આ દરમિયાન પીગળી જાય છે અને વધારાની સામગ્રી આપે છે. વધારાની સામગ્રી (ઇલેક્ટ્રોડ)ની યોગ્ય પસંદગી વેલ્ડેડ જોડાણના ગુણધર્મો પર સૌથી વધુ અસર કરે છે. ઇલેક્ટ્રોડોની પસંદગી વેલ્ડ થનારી મૂળ સામગ્રીની લક્ષણાત્મક મજબૂતી અનુસાર કરવામાં આવે છે. ઇલેક્ટ્રોડની પસંદગી, વેલ્ડિંગની શરતો નક્કી કરવી — આ બધું વ્યાવસાયિક જ્ઞાન માગે છે, તેથી ખાસ તાલીમપ્રાપ્ત “વેલ્ડિંગ તકનીકના વિશેષજ્ઞ ઇજનેરો”ની સંસ્થા રચવામાં આવી છે, જેમનું કાર્ય, અન્ય બાબતો સાથે, વેલ્ડિંગ કાર્યનું નિરીક્ષણ કરવું અને વેલ્ડરોની પ્રમાણપત્ર માન્યતા નિયમિત રીતે પુનરાવર્તિત કરવી છે.
ગેસ વેલ્ડિંગ અને કાપકામ
ગેસ વેલ્ડિંગમાં જરૂરી તાપ ગેસના દહનથી ઉત્પન્ન થાય છે, જેથી આધારભૂત અને વધારાનું સામગ્રી ગળે છે. વધુ મહત્વનું છે કાપકામ. કાપકામ માટેનો બર્નર પાસે તાપીય નળી ઉપરાંત, જે વેલ્ડિંગ વખતે જેમ કાર્ય કરે છે, ઓક્સિજન માટે વધુ એક કાપવાની નળી હોય છે. ગરમ જ્વાળાથી ગરમ કરાયેલ સ્ટીલમાં છિદ્ર બનાવવામાં આવે છે અને ઓક્સિજનની ધારા દ્વારા તેને ઉડાવી કાઢવામાં આવે છે. કાપકામથી સમતળ અને ચોક્કસ સપાટીઓ મળે છે, જે આગળની પ્રક્રિયા વિના અનેક સ્ટીલ રચનાઓના હેતુઓ માટે પૂરતી હોય છે.
વેલ્ડેબિલિટી
વેલ્ડેડ જોડાણોના મૂલ્યાંકન માટે ધ્યાનમાં રાખવું જોઈએ કે વેલ્ડિંગ પ્રક્રિયા દરમિયાન ઉમેરાયેલ સામગ્રી તેમજ મૂળ સામગ્રીની રચના નોંધપાત્ર રીતે બદલાઈ શકે છે. રચનામાં પરિવર્તન પણ મહત્વ ધરાવે છે – પીગળેલા સાંધા અને અપરિવર્તિત મૂળ સામગ્રી વચ્ચે, ઉષ્મા પ્રભાવના સ્તર અનુસાર, વિવિધ રચનાઓ અને તેથી વિવિધ ગુણધર્મો ધરાવતો ઝોન હોય છે. સાંધાની બાજુમાં તે વિસ્તાર હોય છે જ્યાં મૂળ સામગ્રી પીગળી હતી (અંડરકટ ઝોન) અને જ્યાં વેલ્ડિંગ ઝોન અને મૂળ સામગ્રી વચ્ચે જોડાણ થાય છે. આસપાસનો સામગ્રી વિસ્તાર પણ હજી ખૂબ જ ગરમ થયેલો હોય છે, જોકે ત્યાં હવે ગલનબિંદુ પ્રાપ્ત થયો નથી. આ વધુ ગરમીના ઝોનમાં રચનામાં મોટા ફેરફારો થાય છે, તેથી તે ઘણીવાર સમગ્ર વેલ્ડેડ જોડાણના ગુણધર્મો માટે નિર્ણાયક બને છે.
જોઈન્ટમાં તિરાડ પડવી એટલે વેલ્ડમાં તિરાડોનું દેખાવું, જે વેલ્ડિંગ પછી તરત જ ઊંચા તાપમાને અથવા કદાચ ઠંડુ પડતી વખતે નીલા તેજના વિસ્તારમાં (આશરે 300oC પર) ઊભી થાય છે. તિરાડ પડવી મોટા પ્રમાણમાં ઇલેક્ટ્રોડની વિશેષતા છે; તે લગભગ ફક્ત કવર કરેલા ઇલેક્ટ્રોડોમાં જ જોવા મળે છે, જે સ્ટીલ રચનાઓ માટે ખાસ મહત્વના છે. તિરાડો દેખાવા માટે બે શરતો પૂર્ણ થવી આવશ્યક છે, એટલે કે વેલ્ડિંગ પ્રક્રિયા અથવા અન્ય બાહ્ય કારણોસર ઊંચા તણાવો, તેમજ પદાર્થની કઠોરતા વધવી.
મેટાલર્જીકલ ફેરફારો ઉપરાંત સામગ્રીની રચના અને બંધારમાં ભૌતિક પ્રક્રિયાઓ પણ મહત્વપૂર્ણ છે, જે વેલ્ડિંગ વખતે સામગ્રીને પહોંચાડવામાં આવતી મોટી માત્રાની ગરમી અને તેનાથી પ્રાપ્ત ઊંચા તાપમાન સાથે સંબંધિત છે. ગરમી આપવાની પ્રક્રિયા સમરૂપ રીતે થતી નથી, પરંતુ માત્ર સંકુચિત વિસ્તારોમાં જ થાય છે. ગરમી સાથે સંકળાયેલ તાપીય પ્રસરણ ગરમ થયેલા ઝોનના આંતરિક તાણ દ્વારા, અગરમ સામગ્રીથી અટકાવવામાં આવે છે. ઉપરાંત બાહ્ય તાણ પણ આવે છે, કારણ કે વેલ્ડિંગ વખતે ભાગોને દ્રઢપણે કસવા પડે છે, તેથી ગરમી દરમિયાન પ્લાસ્ટિક સંકોચન થાય છે. ઠંડુ થતી વખતે જોડાણ અને તેની આસપાસનો ભાગ સૌથી વધુ સંકોચાય છે (સંકોચન). ઠંડુ થતા સમયે અટકેલા વિસ્તરણના કારણે ફરજિયાત તાણો (સંકોચનના તાણો) પેદા થવા જ જોઈએ. વેલ્ડ થનારા ભાગોને 200 oC થી 300 oC સુધી પૂર્વ-ગરમ કરવાથી ઠંડુ થવાની પ્રક્રિયા નોંધપાત્ર રીતે ધીમી કરી શકાય છે. કઠોરકરણની અસર ઘટવાથી બંધારણનું વધુ સારું નિર્માણ મળે છે, કઠિનતા ઓછું રહે છે.
સામગ્રી અને વેલ્ડિંગ કાર્યનું પરીક્ષણ
સામાન્ય: કારણ કે વેલ્ડિંગ કાર્યની ગુણવત્તા અનેક પરિસ્થિતિઓ પર આધારિત છે, અને અંતે કુશળ તથા વિશ્વસનીય કામદારની કળા પર પણ, તેથી તમામ વેલ્ડિંગ કામનું ચોક્કસ નિરીક્ષણ અને પરીક્ષણ આવશ્યક છે. પરીક્ષણોમાં સામગ્રી અને ઇલેક્ટ્રોડની વેલ્ડિંગ ક્ષમતા નિર્ધારિત કરનાર, એક નિર્ધારિત કેસ માટે વેલ્ડિંગની શરતો અને વેલ્ડિંગ પદ્ધતિઓની તુલના, નમૂનાઓના પરીક્ષણ વગેરેનો સમાવેશ થાય છે.
આકૃતિ 1 - વેલ્ડેડ સીમ પર વાંકડાપણાની કસોટી
વેલ્ડેડ સીમની વાંકણ પરીક્ષણ: આ ચોરસ વિભાગ ધરાવતી સાદી બીમ (આકૃતિ 1) પર વાંકણ પરીક્ષણ છે, જેમાં તાણવાળી તંતુમાં અર્ધવર્તુળાકાર રીતે તૈયાર કરાયેલ અનુલંબ ખાંચને રૂમ તાપમાને એક સ્તરથી ફરી વેલ્ડ કરવામાં આવે છે. સીમ વિકૃત થવાની ક્ષમતામાં મોટા પ્રમાણમાં ઘટાડો કરે છે, જેથી પરીક્ષણના નમૂનાઓ ઘણીવાર સંપૂર્ણ ભંગુર રીતે અને અચાનક તૂટી જાય છે. પાતળી પ્લેટોમાં વાંકણનો કોણ વધુ હોય છે, અને પ્લેટની જાડાઈ વધતાં તે ઘટે છે.
નોચ પરની મજબૂતી: વેલ્ડના વળાંક પરીક્ષણમાં સામાન્ય રીતે પહેલા વેલ્ડમાં જ તિરાડો દેખાય છે, તેથી ભંગુર ભંગ થાય છે. આધારભૂત પદાર્થ એવો હોવો જોઈએ કે તે વેલ્ડના ભંગુર ફાટવાથી અચાનક ઊભા થતા ભારને સ્વીકારી શકે. માંગણી કરવી જોઈએ કે વેલ્ડ ઝોનમાં તિરાડ આધારભૂત પદાર્થમાં ઝડપથી ન ફેલાય, પરંતુ તિરાડ ધીમે ધીમે જ આગળ વધે. આધારભૂત પદાર્થ પૂરતો દૃઢ હોવો જોઈએ કે આ અચાનક ભાર સહન કરી શકે, અને આ ક્ષમતા નીચા તાપમાને પણ પૂરતી હદે જળવાઈ રહેવી જોઈએ. નોચ પરની મજબૂતી, તેમજ અન્ય યાંત્રિક ગુણધર્મો, પરીક્ષણ કયા તાપમાને થાય છે તેના પર મોટા પ્રમાણમાં આધાર રાખે છે. નીચા તાપમાને, ઉદાહરણ તરીકે 0 oC થી નીચે, તે 20 oC પરની કિંમતના એક ભાગ સુધી ઘટી શકે છે. આ અચાનક ઘટાડાનું સ્થાન કોઈ પદાર્થના મૂલ્યાંકન માટે મહત્વપૂર્ણ છે. વેલ્ડેડ સ્ટીલ રચનાઓ માટે આજે સારા વૃદ્ધાવસ્થા-પ્રતિરોધક ગુણધર્મો ધરાવતો પદાર્થ, એટલે કે ઠંડા વાળવામાં આવેલી પરીક્ષાઓ પર આઘાતે ઉચ્ચ નોચ મજબૂતી, માંગવામાં આવે છે.
ચિત્ર 2 - નોચવાળી તાણ સ્થિતિમાં વિકૃતિ
કઠિનતા: વેલ્ડિંગ ઝોનમાં કઠિનતાની ઘટનાઓનું વિશેષ મહત્વ છે. કઠિનતામાં વધારું જાણવું મહત્વનું છે, કારણ કે તૂટણ સમયે લંબણ કઠિનતા વધતા ઝડપથી ઘટે છે (આકૃતિ 3), જ્યારે તાણ શક્તિ σB લગભગ બ્રિનેલ કઠિનતા HBના અનુપાતમાં વધે છે. બંધારણીય ઇસ્ટીલ્સ માટે અંદાજે σB = 0,36*HB છે. I-બીમના મુખ્ય કૉર્નર વેલ્ડની કઠિનતાનો એક ઉદાહરણ આકૃતિ 4માં દર્શાવવામાં આવ્યો છે. પરિવર્તન ઝોનમાં ખૂબ નાની દૂરીઓમાં કઠિનતામાં મોટા તફાવતો હોય છે. કઠિનતાનો પ્રવાહ રચાયેલી રચનામાં નિર્ભર છે. σ-ε-l રેખા કઠિનતા મુજબ અને ખાંચાના તાણ અવસ્થાની જેમ જ બદલાય છે (આકૃતિ 2).
આંક. 3 - બ્રિનેલ કઠિનતા અને લંબાઈ વધારો
આકૃતિ 4 - એક વેલ્ડ કરાયેલા I-દંડના ગળામાં, વેલ્ડ ઝોનમાં કઠિનતા
તૈયાર વેલ્ડેડ જોડાણોનું વિનાશરહિત પરીક્ષણ
છિદ્રનિરીક્ષણ – પાતળી જાડાઈના છિદ્રનિરીક્ષણ વખતે, એક સ્ક્રીન પર રેડિયોગ્રાફિક છબી દૃશ્યમાન કરી શકાય છે. રેડિયોગ્રાફિક કિરણોના બદલે રેડિયોએક્ટિવ સામગ્રીમાંથી ગેમા કિરણો વાપરી શકાય છે. રેડિયોગ્રાફિક છબીથી જોડાણની ગુણવત્તા વિશે નિષ્કર્ષ કાઢી શકાય છે. સામેલ થયેલ સ્લેગ અથવા રંધ્રો, તેમજ જોડાણની ખામીઓ અને તિરાડો, આ રીતે શોધી શકાય છે અને જરૂર પડે તો દૂર કરી શકાય છે.
ચુંબકીય પ્રવાહન – તપાસવામાં આવનાર સ્ટીલના ભાગમાં ચુંબકીય ક્ષેત્ર ઉત્પન્ન કરવામાં આવે છે અને ત્યારબાદ છાંટવામાં આવેલી લોખંડની બુરાદા ક્ષેત્ર મુજબ ગોઠવાઈ જાય છે. ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં કોઈપણ અનિયમિતતાઓમાંથી તિરાડો શોધી શકાય છે. આ પ્રક્રિયા ખાસ કરીને સપાટી上的 તિરાડો શોધવા માટે અસરકારક છે, પરંતુ સ્લેગના સમાવેશો અને છિદ્રો પ્રત્યે, તેમજ જાડા પાટિયાંની અંદરની તિરાડો પ્રત્યે તુલનાત્મક રીતે અસંવેદનશીલ છે.
અલ્ટ્રાસાઉન્ડ પરીક્ષણ – અતિટૂંકી ધ્વનિતરંગો માત્ર સીમાત્મક સપાટીઓ પર જ નહીં, પરંતુ આંતરિક વિભાજન સપાટીઓ પર પણ પ્રતિબિંબિત થાય છે, જેમ કે તિરાડો અથવા અલગાવ પર.